0概述

具有一定相位差的兩列正弦信號(簡稱相角源)，在電力系統(tǒng)各種計量儀表的自動化校驗與繼電保護中使用的繼電器的檢驗電源等領(lǐng)域中有著廣泛的使用，為此，我們設(shè)計了一種工頻相角源，該相角源的設(shè)計方法也是目前國內(nèi)外電力系統(tǒng)及其他一些行業(yè)正積極推廣的新技術(shù)，它以單片機為控制核心，通過間接頻率合成器 (IS)改變信號的頻率，通過數(shù)字波形發(fā)生器產(chǎn)生兩列信號并實現(xiàn)數(shù)字調(diào)角，通過程控衰減器實現(xiàn)幅度調(diào)整?？傮w框圖如圖1所示，可實現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)如下：頻率范圍為1Hz～1kHz，最小步長為1Hz，相角范圍為0°～360°，最小步長為0.5°，電壓有效值范圍為0～10V，調(diào)整的最小步長為0.01V。?

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1間接頻率合成器(IS)

在相角源系統(tǒng)中，時鐘信號fCLK的穩(wěn)定是很重要的，無論是相角精度，還是信號的頻率穩(wěn)定度都與fCLK有關(guān)。為了達到要求，我們選擇了32768Hz的晶體振蕩器產(chǎn)生基準(zhǔn)信號，用定時/計數(shù)器8253以及CD4046鎖相環(huán)構(gòu)成間接頻率合成器。電路圖如圖2所示。8253的T1作為固定的2048分頻器，則fr=32768÷2048=16Hz，T2用作可編程分頻器，分頻系數(shù)M=N×45(N=1,2,3,…，1000)于是，得到了fCLK=Mfr=N×45×16=N×720Hz。?

2數(shù)字波形發(fā)生器

該部分電路由兩個可預(yù)置的720進制計數(shù)器，兩片EPROM，兩片DAC08320及運放等組成。電路如圖3所示，把一個周期的正弦信號按每0.5°劃分成720個點，對應(yīng)的量化數(shù)據(jù)分別存放在兩片EPROM2716中，以兩個可預(yù)置的720進制計數(shù)輸出與兩片EPROM的地址線連接，用同一時鐘fCLK同時讀出兩片EPROM的數(shù)值分別送給兩路D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生兩列正弦波。通過對兩個地址計數(shù)器預(yù)置不同的初值，產(chǎn)生所需的相角，兩列正弦信號對應(yīng)的頻率為上述分頻器中的N值。第1個計數(shù)器的置數(shù)端全部接地，設(shè)第2個計數(shù)器的預(yù)置初值為Z，可得v′01與v′02之間的相角為△φ=Z×0.5°，這兩個計數(shù)器用1片GAL器件實現(xiàn)。由于十進制數(shù)720轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)后10位，而所用單片機為8位，我們用 74LS377，74LS74等實現(xiàn)了8位到10位數(shù)據(jù)的拼裝。0832接成直通型，第一級運放實現(xiàn)了電流到電壓的轉(zhuǎn)換，輸出電壓為0～-5V，第二級運放把單極性的0～-5V轉(zhuǎn)換成雙極性-10.242V～10.242V，有效值為10.24V。?

3程控衰減器

該部分電路如圖4所示，只畫第一路，第二路與第一路相比只是程控衰減器的片選信號不同。在實際應(yīng)用中往往需要輸出信號電壓的有效值可調(diào)，為此，我們用AD7520設(shè)計了程控衰減器，使輸出信號的電壓有效值從0～10V，以0.01V為步長可預(yù)置步進調(diào)整。由于=0.01V，可達到步長為0.01V的精度要求。8位單片機與10位AD7520之間需要接口轉(zhuǎn)換，可參考圖3中8位到10位數(shù)據(jù)拼裝的轉(zhuǎn)換電路。

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圖中低通濾波器的作用是濾除波形中的小臺階，功率放大器的作用是提高該信號源的帶負(fù)載能力，關(guān)于功放電器已有很多電路可供選用，此處不再贅述。?

4單片機最小系統(tǒng)及軟件流程

單片機最小系統(tǒng)構(gòu)成如下：89C51單片機，鍵盤顯示專用芯片8279，譯碼器74LS154。軟件流程如圖5所示，由于篇幅所限，此處不再詳細(xì)介紹。需要說明的是，上述設(shè)計我們只討論了兩路信號，采用與第二路同樣的電路可以擴展第三路以滿足三相交流電路中儀表之用。??

參考文獻
1宋定華.單片機原理及接口技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2001.4
2江大川.多功能電度表的功能自動考檢系統(tǒng).電測與儀表，2001.1